Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Tweede informatielaag DNA bevestigd

Leidse theoretisch fysici hebben bewezen dat niet alleen de genetische informatie in DNA bepaalt wie we zijn, maar ook de mechanica van DNA. Helmut Schiessel en zijn onderzoeksgroep simuleerden vele DNA-sequenties en vonden een correlatie tussen mechanische kenmerken en de manier waarop DNA is opgevouwen. Publicatie in PLoS One.

Watson en Crick

Toen James Watson en Francis Crick in 1953 de structuur identificeerden van DNA-moleculen, onthulden ze de manier waarop DNA de informatie bevat die bepaalt wie we zijn. De volgorde van de letters G, A, T en C in de befaamde dubbele helix bepaalt welke eiwitten ons lichaam aanmaakt. Als je bijvoorbeeld bruine ogen hebt, komt dat doordat een reeks letters in je DNA codeert voor eiwitten die bruine ogen bouwen. Elke cel in ons lichaam bevat exact dezelfde lettervolgorde, maar toch voert elk orgaan een andere functie uit. Hoe kan dit?

Mechanische kenmerken

Sinds midden jaren ’80 bestaat het vermoeden dat er een tweede laag van informatie bestaat bovenop de genetische code: de mechanische eigenschappen van DNA. Elk van onze cellen bevat twee meter aan DNA-moleculen, dus die moleculen moeten zich erg strak oprollen om binnen een enkele cel te passen. De manier waarop DNA precies is opgerold en gevouwen, bepaalt hoe de letters worden uitgelezen, en daarmee welke eiwitten daadwerkelijk worden aangemaakt. In elk orgaan worden alleen de relevante delen van de genetische informatie uitgelezen, gebaseerd op hoe het DNA is gevouwen. De theorie luidt dat mechanische kenmerken binnen de DNA-structuur bepalen hoe het DNA zich bij voorkeur opvouwt.

Simulatie

Voor de eerste keer leveren Leids natuurkundige Helmut Schiessel en zijn groep nu een sterk bewijs dat deze tweede informatielaag inderdaad bestaat. Met hun computercode hebben ze het opvouwen gesimuleerd van DNA-strengen met willekeurig toegewezen mechanische kenmerken. Het blijkt dat deze kenmerken inderdaad bepalen hoe DNA-moleculen zich vouwen in zogenoemde nucleosomen. Schiessel vond correlaties tussen de mechanica en de daadwerkelijke vouwstructuur in het genoom van twee organismen—bakkersgist en Schizosaccharomyces pombe. Met deze bevinding weten we dat evolutionaire veranderingen in DNA—mutaties—twee zeer verschillende effecten kunnen hebben: de lettervolgorde die codeert voor een specifiek eiwit kan veranderen of de mechanica van de DNA-structuur kan veranderen, resulterend in een andere opvouwing en toegang tot het DNA en daarmee een andere productiefrequentie van dat eiwit.

Artikel

‘Multiplexing genetic and nucleosome positioning codes: a computational approach’, Behrouz Eslami-Mossallam, Raoul D. Schram, Marco Tompitak, John van Noort, Helmut Schiessel, PLoS One